当代国外汽轮发电机工业的特点及技术发展概况

当代国外汽轮发电机工业的特点及技术发展概况

1 当代国外汽轮发电机工业的特点

进入80年代之后，国外发达国家汽轮发电机技术已经成熟。产品定型，实现了系列化、标准化，产品技术经济性能先进，运行可靠，能充分满足电力工业的需要。

但是，自80年代以来，国外汽轮发电机工业从其鼎盛时期的高速发展走向平稳发展阶段。汽轮发电机工业呈现以下特点。

1.1 单机容量增长势头被遏制

国外汽轮发电机单机容量自70年代中期突破1200 MW(2极和4极)后，由于运行中巨型机组暴露一些问题，加之电力工业对汽轮发电机需量的增长减缓，所以进入80年代后汽轮发电机单机容量的增长基本上停滞不前。

1.2 一些公司汽轮发电机产量急剧下降，生产严重萎缩

最明显的是美国GE公司和西屋公司。在70年代，GE和西屋公司汽轮发电机的年产量都先后突破20000 MW大关，进入80年代后产量就急剧下降，目前更是一蹶不振。欧洲一些公司和苏联…电力?厂的情况也有些类似。

1.3 欧美公司并购重组，形成4大垄断集团

80年代后期，由于国际汽轮发电机市场的萎缩和市场竞争的加剧，一些公司开始进行合并重组。1987年10月，西德KWU公司并入Siemens公司。1988年初，瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司合并组成跨国大型电工企业——Asea-Brown Boveri Group(ABB集团)。同年12月，英国GEC公司和法国Slsthom联合成立GEC-Alsthom公司，生产发电设备和电工设备。90年代初，并购重组风潮幅旗息鼓。但到了90年代末期，在世界许多大公司纷纷合并重组的影响下，欧美电气公司的并购、重组的烽烟再起。1998年6月，成立不到10年的GEC—Alsthom公司并入Alsthom公司，并改名为Alstom公司。同年年底，生产发电设备100余年的西屋公司，将其发电设备部投入Siemens公司氅下，更名为西门子西屋发电设备公司。1999年3月，ABB公司和A1stom公司合并，成立ABB-A1stom公司。

1.4 核电机组的发展超过常规机组

从70年代起，核电单机容量的增长速度就超过常规机组。进入80年代后，国外许多公司都研制成功1000MW级及以上的核电机组，投运的许多核电机组的单机容量也超过1000MW。相比之下，投运的常规机组中仍以500～600MW级机组为主力机组。但是，目前核电汽轮发电机的发展速度也已减缓，甚至停滞不前。

1.5 空冷汽轮发电机东山再起

从70年代后期开始，空冷汽轮发电机的订单迅速增加，空冷汽轮发电机重新受到青睐。空冷汽轮发电机的单机容量迅速提高，从100MW级、200MW，迅速增加到目前的350MVA级。由于采用一系列的新技术，空冷汽轮发电机的技术性能也迅速提高，其额定运行效率已可以与同容量级的氢冷汽轮发电机相匹敌。

1.6 产品“三化“水平提高，模块化设计技术推广应用

例如，A—A公司在100～400MVA汽轮发电机中采用了模块化设计；西屋公司在100～600MW汽轮发电机中采用了模块化设计。产品“三化”水平的提高和模块化设计的应用，缩短了产品交货期，降低了产品成本，提高了产品运行可靠性和可维护性。

1.7 汽轮发电机调峰运行技术发展较快

1.8 发展在线监测和事故诊断技术，不断提高机组运行可靠性

70年代至80年代，国外相继制成一批1000MW级的大型汽轮发电机(包括核电汽轮发电机)。但投运后初期，这些机组普遍可靠性不高，机组强迫停机率较高，可用系数较低。一般都要经过5年左右的改造完善才能稳定地运行。因此从70年代开始，国外针对这一问题，广泛开发了可靠性研究工作，开展了大型发电机组的运行监测和事故诊断研究工作，并逐渐在一些大机组中得到了应用。

2 汽轮发电机冷却技术现状

50年代后世界上逐渐形成的汽轮发电机4大技术体系在冷却技术上逐渐形成各自的特色。进入80年代后，各体系的冷却技术日趋成熟。

GE体系是汽轮发电机冷却技术的代表之一。它的定子绕组水内冷、转子气隙取气式氢内冷(Alstom公司为副槽径向通风)和定子铁心、端部构件氢外冷的所谓水氢氢冷却方式具有冷却效果好、转子温度均匀、发电机效率较高等优点。其单机容量可达1500～1800MW左右。这种冷却系统不仅为GE体系内各公司所采用，也为苏联…电力?及我国许多工厂所仿效。近年来，转子气隙取气式冷却通风系统有所发展，发明了逆流通风系统，出现了纵向气隙隔板和径向气隙隔板。

西屋体系的传统冷却技术是采用定子氢内冷和转子轴向氢内冷。这种冷却系统用于1000MW级汽轮发电机尚可，但用于更大容量的汽轮发电机就困难较大，制造难度和技术经济性也差。Siemens体系中除有H2-H2-H2冷却方式外，还有H20-H2-H2冷却方式和H20-H20-H2冷却方式。H20-H20-H2主要用于半速核电汽轮发电机中。

ABB体系的主要冷却方式是H20-H2-H2，其次是H20-H20冷却方式和油-水冷却方式，但油-水冷却方式近年已不再采用。

进入80年代后，各体系除保持其基本特色外，互相间还有所借鉴，有所发展。如西屋体系中的一些公司改用了定子绕组水内冷技术；一些公司据弃了转子高压风扇轴向氢内冷而改用了其它转于氢内冷技术(如

气隙取气，副槽通风等)。GE体系中日立公司在大型核电汽轮发电机中不采用气隙取气而采用了副槽通风方式。另外，转子水内冷技术也为GE、西屋体系中的一些公司所重视和采用。

3 汽轮发电机结构

3.1 总体布置

普遍采用整体机座式内外机座。冷却器一般为立式布置。大容量机也有采用如冷却器卧式布置的所谓背包式布置方式。

轴承多采用端盖式轴承。ABB公司和苏联“电力”厂采用过座式轴承。GEC公司在核电汽轮发电机中采用过汽端为座式、励端为端盖式的轴承结构。

3.2 定子

大型2极机普遍采用机座隔振结构。4极机因为8节点振动，振幅较小，一般不采用隔振机座。

定子铁心固定主要有穿心螺杆加端部无磁分块板(或无磁整体压圈)式，以及借助定位筋螺杆和整体压圈的固定方式。

定子端部设阶梯形斜面磁屏蔽或整体(或分块)铜屏蔽，定子端部采用刚-柔结构及滑移层结构，可允许端部沿轴向自由伸缩。

3.3 转子

转子轴多为整锻锻件。ABB公司在大型汽轮发电机中采用过组合式转轴。转子护环多为悬挂式。

大型汽轮发电机转子槽采用梯形槽。上下层转子线圈采用不同截面。

3.4 其它

转子轴承中三油楔轴承已被椭圆瓦轴承等所取代。椭圆瓦轴承己为众多公司所采用。ABB公司在大型汽轮发电机中采用了调心块瓦轴承。

轴密封中的盘式油密封已逐渐淘汰，代之以环式油密封。环式油密封主要有单流环式和双流环式。BBC 公司曾在300MW机及1338MW机(4极)中采用过三流环式油密封。

4 技术经分除

4.1 单机容量和电压水平

国外大型主力机组中，常规机为500～700MW，核电机组为10DOMW左右。电压

水平在近20多年内变化不大，大型机仍为

20。27kV。

4.2损耗和效率

近20年来，大型汽轮发电机的效率稍有增加(有些机实测值已达到99.2％)。大型空冷汽轮发电机由于采用氢内冷汽轮发电机中的一些技术，使效率比以前的空冷机有较大提高，230MVA及300MVA空冷汽轮发电机的额定效率已达到98.74％。

4.3 运行可靠性

近20年来，大型汽轮发电机运行可用系数逐渐提高，机组强迫停机率有所降低。目前，1000MW级汽轮发电机的可用系数己达到99％左右，大型汽轮发电机的强迫停机率已降至0.04％～0.4％。大修间隔可达到5年。机组寿命可达到35～40年。